合成气稀释燃烧是燃气轮机高效低污染燃烧的重要运行方式.本文以CO2、H2O和N2为稀释气体,利用数值模拟方法研究稀释比对不同压力下合成气(CO/H2/CH4)层流火焰速度(SL)的影响规律,并从自由基浓度变化、敏感性数值和生成速率(rate of production,ROP)三个方面解析三种气体的物理和化学作用机理.结果表明,SL随燃烧压力和稀释比的增大而不断减小,其中CO2对层流火焰速度的抑制最为显著.稀释气体的物理效应对层流火焰速度的影响远大于化学效应,但CO2和H2O的化学效应不能忽略.化学效应则是通过改变H和OH自由基浓度影响SL,其中CO2稀释降低H和OH自由基浓度,H2O稀释则是降低H自由基浓度,从而降低合成气的层流火焰速度.进一步反应动力学分析发现了H/OH浓度变化在低压、加压下的主要化学反应路径,且受H2O稀释的化学反应速率对压力较CO2更为敏感.
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